Crónica día 23/11/10

La clase del día 23 comenzó volviendo a montar en el laboratorio nuestro oscilador a 27 MHz. Una vez que todo el mundo consiguió tenerlo operativo y puesta su salida en el osciloscopio, el profesor nos hizo la siguiente pregunta: ¿Qué potencia tiene la señal generada?

Cada uno nos pusimos a medirla como creímos oportuno y a continuación en el aula las pusimos en común. Aunque ningún resultado era igual a otro, cosa que era de esperar ya que las bobinas fabricadas de cada oscilador, así como otros aspectos como el condensador variable, la longitud de los cables, etc. hacían variar los valores, pero lo importante fue que ninguno procedió de la manera correcta. Todos asumimos precipitadamente que la señal era sinusoidal y aplicamos las fórmulas conocidas para estas señales, pero aunque la salida es muy parecida a una sinusoidal, en realidad no lo es, y por lo tanto las fórmulas utilizadas y los valores de potencia calculados no eran válidos.

El profesor nos explicó la necesidad de utilización de un analizador espectral. Para comprender mejor este nuevo instrumento y facilitar posteriormente su utilización, nos hizo una pequeña explicación de cómo podríamos fabricar nuestro propio analizador. La idea seria hacer un barrido de todo el espectro con un filtro paso banda y pasar la salida por un detector de envolvente, viendo así el espectro de las señales, sin necesidad de transformada alguna.

Las claves para el buen funcionamiento serían:

• El F.P.B. ha de tener el ancho de banda menor que la resolución a lograr.
• Fuera de la banda de paso, donde la ganancia es constante, ha de haber una pendiente elevadísima.
• El filtro ha de poder sintonizarse.

Con esto observamos que el filtro clásico no serviría y habría que utilizar filtros de orden superior. Como complemento vimos las características de algún filtro paso banda comercial viendo que a ciertas frecuencias estandarizadas existen modelos de excelente calidad.

A continuación vimos como fabricar un filtro paso banda sintonizable utilizando un oscilador y un multiplicador antes de un filtro paso banda fijo. De esta manera para desplazar fc solo se precisa variar la frecuencia del oscilador.

Para concluir la clase, el profesor nos explicó el funcionamiento de los analizadores de espectro del laboratorio y realizamos el nuevo montaje para comprobar su correcto funcionamiento, viendo finalmente lo que esperábamos en pantalla.

Crónica del 03/11/10

Esta sesión se centró en realizar la etapa de audio de nuestro receptor, finalizando por lo tanto nuestro primer proyecto de la asignatura.

En primer lugar analizamos las características que debía tener nuestra etapa de audio:

• Alimentación 9V
• Elemnto activo AOTL081
• Transductor: altavoz 8 ohmios
• Resistencia de entrada infinita (amplificador no-inversor)
• Potencia suministrada al altavoz, la máxima posible. Por encima de 50mW es suficiente para un altavoz, y entre 1 y 2 mW para utilizar con auriculares.

La primera dificultad en aparecer fué que una de las restricciones del TL081 es que la corriente de salida no puede superar 30mA, ya que si lo hace se desconecta. Esto nos obliga a tener que aumentar la impedancia (RL) del altavoz (o de los auriculares).

A continuación realizamos un breve estudio con diferentes valores de RL, para ver cual se ajustaba más a lo que nosotros buscábamos. Observamos que por debajo de 150 ohmios, la potencia suministrada a la salida empieza a ser un poco justa para una escucha cómoda.

Y ahora... ¿cómo elevamos esa impedancia? Fácil, esta ya nos la sabíamos de etapas anteriores, utilizando nuevamente un transformador. Con él le hacemos creer a nuestro circuito que 8 ohmios son 150 ohmios, pero... ahora aparece una inductancia en paralelo... ¿qué hacemos? Hay que conseguir que en la banda de trabajo, la L1 tenga una impedancia muy superior a (N1/N2)^2x8. Esto es posible, pero son necesarias un gran número de espiras, lo que aumenta el tamaño, y el precio de nuestra solución.

Finalmente, realizamos los calculos para N1=500 espiras, N2=100 espiras, lo que nos da una potencia de salida más que suficiente para nuestro propósito.

Tras una breve explicación del profesor sobre la fabricación de estas bobinas, repasamos los requerimientos que hemos tenido que cumplir en el diseño/fabricación de nuestro receptor de OM por la utilización de la alimentación unipolar.

A continuación, el profesor realizó un repaso de todo el proceso seguido desde el comienzo hasta ahora, con un espacio para resolver dudas al final.

La última parte de la clase la dedicamos a probar nuestro receptor. Para ello subimos a los pisos superiores del edificio (ya que en el laboratorio la señal recibida es muy pobre) y uno a uno fuimos escuchando el increible resultado obtenido. Además, tuvimos la suerte de poder ver varios laboratorio de radio con diferentes sistemas muy interesantes.

Crónica día 02/11/10

La clase ha comenzado comentando los ejercicios de esta semana. Debido a ello, el profesor ha repetido la demostración de que el efecto que produce la realimentación positiva en la mejora de la sensibilidad y selectividad del receptor, es debida a la creación de una resistencia negativa en serie con la resistencia de pérdidas de la bobina L1, que es la de la antena.

La clase a continuado con la explicación de la siguiente etapa de nuestro receptor, que es la detección de envolvente. Hemos visto la configuración de un circuito detector de envolvente constituido por un diodo y un circuito RC. A priori, esta configuración parece muy simple, pero realmente es un circuito complejo de entender.

Tras una explicación detallada, hemos analizado una ficha de dicho diseño que será la que se utilizará a partir de ahora.

En el laboratorio hemos realizado dos experimentos. En primer lugar hemos verificado el conversor AC/DC acoplando la entrada sobre la salida. En este proceso hemos probado un diodo de germanio (Vgamma=0,3V) y otro de silicio (Vgamma=0.65V), pudiendo apreciar el efecto de uno y otro.

El segundo experimento ha consistido en realizar la medida de una modulación de amplitud. En ella igualmente hemos superpuesto la entrada y la salida y hemos podido apreciar la importancia de los valores RC, para evitar dos posibles efectos: la distorsión diagonal y el aumento del rizado. En este experimentos hemos probado como fuente: una señal sinusoidal, una persona hablando y música, apreciando que cuanto más acusados son los cambios en la señal de entrada, más difícil se hace su correcta detección mediante el circuito.

En la ultima parte de la clase, hemos analizado un cálculo preciso de RC para evitar la distorsión diagonal y también efecto que tienen las variaciones de amplitud en una señal cuando esta tiene una componente contínua.

Con esto, hemos dejado lista la parte del detector de envolvente, y para la clase que viene comenzaremos con la etapa de audio.

Crónica días 26 y 27 de octubre

La sesión del día 26 comenzó realizando el montaje y medida de nuestro amplificador en el laboratorio, aunque como ya vamos estando acostumbrados, primero comentamos los resultados que esperábamos obtener en las medidas.

Destacamos que en la Vo obteníamos valores de unidades de voltio, lo cual nos permite realizar con éxito la detección de envolvente en la siguiente etapa. También, pudimos percatarnos de que la amplificación disminuía muy considerablemente según aumentaba la frecuencia de trabajo:

• 100 kHz -> Amplificación: 137,5
• 200 kHz -> Amplificación: 131,25
• 600 kHz -> Amplificación: 109,5
• 800 kHz -> Amplificación: 98,25
• 1 MHz -> Amplificación: 87,75
• 1,5 MHz -> Amplificación: 67

A continuación, insertamos una bobina de 330 micro henrios a continuación de la alimentación de 9 voltios, con el objetivo de lograr extender en ancho de banda. Al repetir las medidas pudimos verificar que se logra una curva ecualizada:

• 100 kHz -> Amplificación: 136
• 200 kHz -> Amplificación: 133
• 600 kHz -> Amplificación: 121,75
• 800 kHz -> Amplificación: 116
• 1 MHz -> Amplificación: 109,5
• 1,5 MHz -> Amplificación: 86,75

En estas sesiones, también pudimos ver en el laboratorio el funcionamiento de la etapa de sintonía en conjunto con el amplificador, con un modelo implementado por el profesor.

A continuación, el siguiente objetivo fue lograr la retransmisión de la señal amplificada por el receptor para que sea captada de nuevo por la antena del mismo logrando una interferencia que ha de ser constructiva. Es importante tener en cuenta para ello que hay un riesgo de saturación del sistema.

La realimentación positiva consiste en lograr con pocos dispositivos activos una gran amplificación, para ello se debe excitar el amplificador con la tensión de entrada y una pequeña fracción de la salida.

Partiendo de las ideas anteriores continuamos dándole vueltas a nuestro circuito para lograr este nuevo objetivo. Devanando una nueva L3 sobre el mismo núcleo que L1, e invirtiendo las conexiones vemos que se logra la realimentación positiva. Si además conectamos una resistencia en serie, vemos que al disminuir esta resistencia disminuye el ancho de la banda seleccionada y a su vez aumenta la amplificación. Esto significa que A LA VEZ conseguimos mejorar nuestro amplificador en sensibilidad y selectividad. El límite de este efecto se encuentra cuando se anula el coeficiente S de la función de red. En ese caso nuestro receptor comienza a comportarse como un oscilador de frecuencia 1/sqrt(LC).

A continuación, estudiamos la forma de aplicar esta nueva mejora a nuestro receptor construido. Vemos que es necesaria una etapa separadora entre lo realizado hasta ahora y el demodulador y amplificador de audio. Esto se debe a que cualquier modificación en estas ultimas partes altera la resistencia de entrada y por tanto la etapa de "sintonía-amplificación-regeneración".

Se decide implementar esta etapa mediante un amplificador operacional, ya que hacerlo mediante un transistor sería más complicado. Para ello realizamos un estudio frecuencial del mismo. También vemos como solucionar diversas cuestiones como: la limitación frecuencial de los AO y su influencia, la polarización asimétrica (ya que nuestro receptor debe funcionar únicamente con una pila), como evitar la distorsión...

La clase del día 27 concluye con introduciendo el montaje de esta etapa separadora para la próxima sesión.

Crónica días 19 y 20 de octubre

Tras el paréntesis de la última sesión para explicar el funcionamiento de los diodos, y los circuitos con estos, la clase del día 19 comenzó entrando de lleno en la siguiente etapa de nuestro receptor, el amplificador de radiofrecuenia.

En primer lugar concretamos nuestra finalidad que es amplificar la tensión capturada por el circuito de sintonía (<5mv)

• Rango de frecuencias: 550 kHz - 1600 kHz
• Amplificación: 100, que es equivalente a 40 dB
• Resistencia vista a la entrada: alta
• Tecnología: transistores bipolares

A continuación, realizamos un estudio en profundidad del funcionamiento de los transistores bipolares, debido a la gran relevancia que han tenido en el desarrollo de toda la tecnología actual. Los objetivos de este estudio fueron:

1. Ser capaces mediante "análisis" de averiguar si un transistor que forma parte de un circuito está en zona activa.
2. Ser capaces de diseñar circuitos que polaricen un transistor en zona activa.
3. Ser capaces de diseñar mediante transistores en zona activa circuitos amplificadores.
4. Construir un amplificador.

En cada uno de los puntos anteriores, fuimos analizando diversas propuestas para aproximarnos en cada caso a la solución más conveniente, logrando una mayor amplificación y evitando diversos problemas como la inestabilidad térmica. Concretamente, y debido a su utilidad para nuestro receptor, hicimos especial hincapié en el modelo incremental.

Fué especialmente interesante en estas clases los siguientes hitos:

• Detectar el efecto Miller y lograr eliminarlo en nuestro diseño.
• Contrarrestar el efecto caída amplificación.
• Añadir un pequeños resistor en serie con el emisor, reforzando la resistencia de entrada y por lo tanto mejorando la selectividad, aunque empeorando algo la amplificación.

La clase del día 20 concluyó, comentando cómo en la siguiente sesión íbamos a construir nuestro amplificador y a testearlo en el laboratorio.